LNG船货舱区域船体建造工艺优化

陈炼 许志祥 刘凯

摘 要：文章围绕我国LNG系列船的货舱建造方法，以两型LNG船作为对比，对新的工艺工法优化与变革作出了全方位的阐述。从装配焊接、精度控制、搭载周期三个主要角度，对建造工艺的优化进行了深入剖析，并最后总结得到了以整体性、平对接转化角对接、关键CM节点简化三点作为方向的主体优化思路。优化过程中的思路与方法对后续LNG船建造具有借鉴意义。

关键词：LNG船；货舱建造；工艺优化

中图分类号：U661.43 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0100-04

Abstract： Focusing on the construction method of cargo hold of LNG series ships in China， this paper compares the two types of LNG carriers， and expounds the optimization and innovation of new process engineering method in an all-round way. From the three main angles of assembly welding， precision control and carrying cycle， the optimization of construction technology is analyzed in depth. Finally， the main optimization ideas of the direction of integrity， horizontal docking conversion angle docking and simplification of key CM nodes are summarized. The ideas and methods in the optimization process can be used for reference for the subsequent LNG carrier construction.

Keywords： LNG carrier； cargo hold construction； process optimization

1 概述

目前，大型薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的建造方式多采用塔式建造法。这种建造方法的优点是可以优先形成一个完整的舱室，继而推进后续的舱内舾装工作，使后道工序节点前移，节约建造周期。从这个角度出发，如何合理地调整分段划分方式，使舱室能够尽快成型，是LNG船建造工艺优化的一个主要方向。除了调整分段划分方式外，建造工艺的优化还应包括吊装时间优化、施工便利性优化、成型精度优化、装配焊接质量优化等多个层面。所以，建造工艺优化是以分段划分优化为基础，以安全、质量、周期、施工适宜度为延伸的全面性课题。

本文主要介绍了我国建造的大型LNG系列船船在建造工艺上做出的多种优化措施，以已经交付完成的A系列和P系列两型LNG船作为对比，对LNG船货舱建造工艺优化的方向、方法和思路予以探讨，为未来船舶建造的进一步优化与开拓提供经验。

2 分段划分优化方法简介

2.1 分段划分图对比

我国最新建造的大型薄膜型LNG船是P系列，目前已完成交付3艘，船东方对建造质量深表满意。P系列的上一型船是A系列，该项目同样深受船东好评，建造质量方面没有任何问题。但是，在建造过程中，成本控制、施工便利性等方面，从船厂内控角度来说，A系列是不如P系列的。其根本原因就是P系列船在项目策划时就已经着手进行了大量的工艺工法改进，力求强化成本控制、减少返工浪费、提高施工环境舒适性和施工模式可复制性。

以上两型项目的货舱区分段划分方式是截然不同的（见图1）。从图中可以看出：（1）船长方向上，A系列船的横隔舱与底部方箱子大接头相对位置不确定。有的近有的远。P系列船，所有方箱子总段大接头均包含在横隔舱内，统一化、规范化。（2）船宽方向和高度方向：A系列船穹顶、舷侧、底部各带一段隔舱进行总组，再与中部隔舱对接。P系列则是将整个隔舱分为上下两片总段，每个总段分为左中右三个分段，与货仓环段的全部是角焊缝（见图2）。（3）主要CM节点：货舱典型横剖面是八边形，相应的就存在8个折边交点，这些点需要做全熔透焊处理，称为CM节点，是船体内壳建造最重要的质量控制点。此外，舷侧三角舱和舷顶总段的内壳交界处虽然不属于折角点，却因为主甲板平台的影响，也作为CM节点严格控制，命名为四号节点。A系列船，穹顶总段进行全宽型总组，四号节点作为搭载对接点。P系列船，穹顶整舱长度方向总组，將四号、CM5、CM6节点全部包含在分段阶段制作。

2.2 改进点分析

P系列船相对于A系列船的改进是有的放矢的。结合上面介绍的划分方式，可以总结出以下三个主要的改进点：（1）船长方向：P系列船将所有方箱子总段大接头都包含在横隔舱内，对工艺孔设计、安全管理、车间及劳务队施工管理有很大帮助，提高了建造时的施工效率。这是管理方面的优势。（2）船宽方向和高度方向：相对于A系列的隔舱中体与其他边隔舱平对接，P系列的角对接更易装配。无论从精度控制还是从施工返修角度看，角对接都远优于平对接。这相当于将货舱面的平整度问题转化到了压载舱的装配上去。众所周知，LNG内壳平整度要求极高，要做到满足GTT绝缘箱的安装要求，3m内硬档平整度偏差不允许超过4mm。虽然能够做到，但是经常出现大量的返修对成本是极其不利的。而P系列转化到压载舱后，装配工作相对轻松了很多，因为十字对接与平整度不同，不容易出现问题，极大降低了横隔舱装配返修量。这是成本方面的优势。（3）主要CM节点：从装配角度看，P系列船更佳。A系列穹顶甲板是精度误差累计的最终受害者，全宽型的穹顶甲板总组，自身的搁置变形就很大、四号节点对接精度极难控制，大量开刀换板返工工作贯穿于整个建造过程中。重新装配势必影响板材尺寸和切口光洁度，装配质量受到影响。P系列船主要节点均在分段阶段制作，比总装阶段难度低、精度高。

3 提高舱容控制水平

3.1 舱容控制标准

LNG船货舱舱容控制的目的是为液货围护系统（下简称CCS）绝缘箱安装铺平道路。当舱容控制不利，偏差超标时，将不得不制作特殊尺寸的绝缘箱才能满足安装需要，时间和成本的损失是比较严重的。基于以上原因，舱容控制标准必须来源于GTT给出的CCS装箱标准并高于此标准。

A系列的舱容控制标准基本上参照GTT装箱标准，即全长、全宽、全高在-60mm至+40mm之间。建造完工后发现，有一些区域仍然需要制作非标准绝缘箱。究其原因，主要是CCS标准与船体标准不完全等同造成的。CCS的测量方法和结构精度的测量方法完全不同，这也就导致在长宽之间、长高之间或宽高之间具有关联性的位置，按照-60mm至+40mm去建造船体，并不能完全满足CCS装箱需要。为了彻底解决制作非标箱的问题，基于P系列船的建造工艺优化对精度控制水平提高会有显著影响的考虑，我们提出了一个比较高的控制标准，即全宽±30mm，全长±20mm，全高±20mm（见图3）。实际建造后，各舱舱容除特例外，基本达到了预期控制目标（见图4）。

3.2 精度控制改进点

结合P系列的建造工艺优化成果，舱容精度控制方面取得了很大的成功。总结下来主要分为三个方面：

3.2.1 横隔舱同面度

横隔舱作为货舱首尾起止端，与其他八个货舱面都有连接，可以说是舱容控制的第一要点。横隔舱控制点很多，其中又以同面度控制最为重要。同面是指整个横隔舱的顶部、底部、左右两侧是否在一个铅垂平面内度的含义是如果不在一个平面内，那么偏差是多少？可以想见，偏差愈多，整个货舱的所围成的十面体就越扭曲，舱容也就偏差越大。因为横隔舱与其他八个面都相接触，只要横隔舱不垂直或者左右不同步，起码影响到4个面的精度，因此说横隔舱精度控制的意义十分重要。就P系列同A系列对比而言（见图5），P系列的横隔舱片段数量明显要少于A系列。这就使得横隔舱具有了整体性，控制时只需要严控上下两片总段的垂直度和左右同步度即可。而A系列控制起来就非常困难，因为要保证整个舱容的同时还要保证横隔舱舱壁的平整度，所以每一个片段都要严格控制，每一个片段都有四个控制点，加在一起共有24个控制位置，出现累积或者错误的可能性是P系列的3倍。

3.2.2 穹顶总段半宽

穹顶总段作为全货舱最后搭载的总段，所有的精度误差累积都会向这里汇总，最后导致穹顶搭载时出现精度不良问题。为了与结构对准，有时就不得不牺牲舱容。P系列以前，所有LNG船的船体建造都深受这个问题的困扰，后经研究发现，穹顶半宽偏差的根本原因是全宽型总段搭载时，因为自身变形和舷侧三角舱略有内倾，导致外斜旁先接触到主甲板，而后因自重导致半宽放大，直至内斜旁也接触到主甲板。这个过程的变形可达到单边14mm，全宽28mm。又因为船长方向上变化各有不同，内斜旁平整度矫正等因素，此处经常被迫制作非标准绝缘箱才能完成CCS安装。相对而言，P系列彻底解决了这个问题。P系列的总组方式是整舱长度方向总组，将穹顶甲板总段与舷顶总段分割开来，各自搭载。这样，就将斜面对接问题转化为了平面对接。将因主甲板影响而难以约束和控制的四号节点转化到了穹顶甲板面控制，而穹顶甲板是可以通过梳妆马、约束焊等手段轻易控制下沉的。既减少了装配返修量，又减小了控制难度，提高了舱容控制水平。

3.2.3 舷侧直线度

舷侧直线度控制也是舱容控制的重要环节。舷侧作为由底部向顶部总段的过渡段，具有承上启下的作用。一般来说，底部总段由于平直，精度尺寸一向较好，但顶部总段一向存在问题，究其原因，除了误差累积之外，舷侧的精度控制不利也是重要原因。P系列将整舱舷侧总组，在坞墩上就可以控制直线度，搭载时一步到位。A系列则是搭载时还需要做前后对接，多了很多控制点。此外，P系列还将三角舱划给了舷顶总段，舷侧总段只剩“方箱子”，这也一定程度上避免了以往舷侧内倾现象，为穹顶总段精度控制提供了便利。

4 缩减搭载吊装时间

搭载吊装时间指的并不是吊车的行程时间，而是從与总段连接开始，一直到松开连接为止的总时间。这里面除了行程时间之外，还包括其他影响吊装的因素，比如：部分脚手在吊装之前需要拆除或者搭设，一些探出结构边界可能影响对接的附属件（管子、法兰、支架等）需要割除，吊车松钩前需要烧约束焊保证总段的安全性和防止位置出现挪动，第一次定位精度不良的总段需要吊车一直配合不断调整总段位置直到满意为止等等。与这些因素所耗费的时间比起来，行程时间几乎是可以忽略不计的。

以上的各项因素中，对吊装时间影响最大的是精度定位复位，耗时是无法估计的。当总段状态很差时，甚至一天一夜不能松钩。对比A系列和P系列的吊装时间可以发现（以底部总段为例，见图8），P系列的搭载吊装平均时间远低于A系列。由此可见，分段划分的改变，建造工艺工法的优化，对节省建造周期起到了极其重要的作用。

带来这种进步的具体原因，还是要回到分段划分优化上找：（1）A系列底部总段多数带有横隔舱小片段，增加额外的施工定位时间。（2）A系列的搭载接头数量多于P系列，相应的，每一个接头都要安排精度测量、定位、划线等工作，时间成倍增加（见图9）。

5 结束语

（1）在前期策划进行合理的结构划分，开发出最优化的总段形式能使总段完整性大大提高，并且可以将部分搭载工序前移至总组阶段，在总组阶段多做，缩短搭载周期。

（2）搭载平对接的控制难度、装配难度和焊接难度都远高于角接。将货舱接头向压载舱转化，将难控制的位置向容易控制或者控制标准偏低的位置转化，将难控制的接头形式向易控制的接头形式转化，是降低装焊成本的有效途径。

（3）关键CM节点简化：CM节点一向是难点。P系列的节点形式并未做出改变，只是将大多数节点划分到分段阶段制造，总装阶段就已经节省了很多周期。

LNG货舱建造工艺的优化，是我国大型薄膜型LNG船建造史上船体结构设计的一大变革，这种改进对未来LNG的成本控制、订单承接都具有重要意义。

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